Экспресс подготовка к ОГЭ по физике. Занятие ведет Антонина Васильевна — преподаватель-андроид, уволенная из Академии за насмешки над людьми.
В нашем мире существует два типа электрических зарядов — положительный и отрицательный. Но с таким же успехом их могли назвать «белый и черный», или «левый и правый». Главное, что одноименные заряды отталкиваются, а разноименные — притягиваются.
В некоторых мирах физика настолько отличается от нашей, что людям находиться там можно только в специальных скафандрах. Если мы говорим о пребывании в своих физических телах. Каждый такой скафандр — автономный мир, со своей физикой.
Скажем мир QL8907 можно посетить только в подобном скафандре. В том мире существует три электрических заряда. Наши физики их назвали: красный, желтый и зеленый, как три цвета светофора. У людей, вообще, не очень богатая фантазия. Вам сложно придумать, что-то совершенно новое, в основном, вы ищете аналогии в уже известном и хорошо знакомом.
Самый маленький электрический заряд, существующий в нашем мире — заряд одного электрона или одного протона. Заряды у них одинаковые по модулю, но разные по знаку. Электроны — отрицательные, протоны — положительные. В антиматерии эти частицы заряжены наоборот. Заряд электрона еще называют элементарным и обозначают — e.
Ядро атома состоит из тяжелых протонов и нейтронов. Их массы почти одинаковы, но протоны положительно заряжены, а нейтроны, как можно догадаться из названия — нейтральны, то есть не имеют электрического заряда. А вокруг ядра кружатся электроны. Тоже очень приблизительная модель того, что происходит на самом деле, но для людей — сойдет.
Число электронов в атоме равно числу протонов. Именно поэтому, в целом, атом вещества нейтрален. А вот число нейтронов — может быть разным. Все химические свойства атома зависят от числа электронов, а значит и от числа протонов.
Внутри мира QL8907 совсем недавно появился еще один мир Серый 38. И все потому, что член одной из экспедиций, Сергей Михайлович Шакуров, самостоятельно изменил настройки своего скафандра, чтобы пронести в него некоторые нерекомендуемые напитки. Мир внутри скафандра перестал быть стабильным. А поскольку, как я и говорила, фантазией люди обделены, то сознание Сергей Михайловича создало свой мир, повторяющий игру, в которую он часто играл в детстве. И теперь он бесконечно проходит ее уровни, внутри своего мира-скафандра.
Продолжим обсуждать физику нашего мира. Атом может временно потерять один или несколько электронов. В этом случае равновесие зарядов в нем нарушается и он становится положительно заряженным ионом. Если же атом присоединяет к себе один или несколько электронов, то превращается в отрицательно заряженный ион.
Как вы уже, наверное, поняли, когда говорят о том. что какое-то тело заряжено отрицательно или положительно, то имеют ввиду нарушение баланса зарядов. В твердых телах за этот баланс обычно отвечают электроны — они гораздо подвижней, чем протоны.
Можно назвать три способа электролизации. Первый способ — трением. Если тереть тряпочку о палочку, например, то некоторые электроны могут перейти на палочку и тогда сама она станет заряженной отрицательно, а тряпочка — положительно. Кстати, палочка станет еще и тяжелее. Потому что, хотя электроны обладают очень маленькой массой, но все-таки обладают. И еще одна немаловажная деталь, хотя палочка и тряпочка будут иметь разные по знаку заряды, но по модулю они будут равны.
Второй способ электризации — касанием. Есть диэлектрики — вещества, которые не проводят электричество, а есть проводники — которые, соответственно, проводят. Проводниками являются, в первую очередь металлы и растворы различных веществ. Так вот, поскольку в проводниках электрические заряды могут свободно перемещаться, то заряды перераспределяются равномерно. Если мы возьмем один металлический шар с зарядом 3 Кл (забыла напомнить, что заряды измеряются в кулонах) и коснемся им другого такого же, но незаряженного шара, то после соприкосновения заряд в виде подвижных электронов перераспределится по обоим шарам, и каждый из них приобретет заряд равный 1,5 Кл. Подобные задачи с распределением зарядов можно решать и через среднеарифметическое зарядов.
Кстати, о проводниках. Поскольку вода почти всегда имеет примеси, то она хорошо проводит электричество. И даже влажный воздух — проводит. Поэтому опыты с электрическими зарядами стараются проводить в сухих помещениях, и чтобы заряженные тела были подвешены или закреплены на изоляторах, не проводящих электричество. Это могут быть и шелковые нити, и пластмассовые держатели. И если проводите такие опыты — старайтесь не касаться заряженных тел, потому что ваше тело тоже хороший проводник, и электрический заряд может стечь через вас в землю.
И третий способ — электризация через влияние. Этим способом вы не заряжаете все тело положительно или отрицательно, а просто перераспределяете заряд, в целом же тело остается нейтральным. Например, когда вы подносите положительно заряженную палочку к незаряженному предмету, то электроны в нем стремятся приблизиться к палочке. В результате, ближняя к палочке половина предмета будет заряжена отрицательно, а дальняя — положительно. И этого перераспределения заряда достаточно для того, чтобы незаряженный предмет притягивался к заряженной палочке.
Кстати, вы действительно считали, что электрические заряды просто притягиваются или отталкиваются безо всяких посредников? Мне не очень нравятся некоторые человеческие теории, но сейчас ваши ученые считают, что каждый электрический заряд создает вокруг себя электрическое поле, которое распространяется со скоростью света. И другие электрические заряды взаимодействуют именно с этим электрическим полем. Поэтому если два разноименных заряда расположены в космосе на расстоянии одного светового года, и один из этих зарядов убрать, то второй еще целый год будет продолжать к нему притягиваться.
Однако на таком большом расстоянии и сила будет незначительной. Поскольку она зависит от интенсивности электрического поля, которое быстро уменьшается с расстоянием. По закону Кулона сила взаимодействия между зарядами определяется по формуле.
Где, q — величина заряда, r — расстояние межу ними, k — электрическая постоянная.
Недавно в Академии обсуждалась возможность послать экспедицию в мир Серый 38, но этому воспротивилась жена Сергея Михайловича. Она сказала, что хотела бы уберечь «недра мужа», как она высказалась, от посещения другими людьми. И со временем, хотела бы отправиться в этот мир сама, но в одиночку.
Задание 1
Изначально оба шарика притягивались друг к другу, значит, они разноименно заряжены. Когда поднесли положительную палочку, то второй шарик к ней притянулся, а второй — оттолкнулся. Легко дать ответ, учитывая, что разноименные заряды притягиваются, а одноименные отталкиваются.
Ответ: 3 — _.........._
Задание 2
Это электризация касанием, здесь не будет перераспределения зарядов. Просто весь электроскоп получит тот же заряд, что и у проводящей пластины.
Ответ: 4 — _..........._
Задание 3
Произойдет электризация через влияние, заряды перераспределятся. Проводник А станет отрицательно заряженным, потому что отрицательные заряды притянутся к положительному шару, а проводник Б — положительно заряженным, из-за нехватки перебежавших отрицательных зарядов.
Ответ: 4 — _.........._
Задание 4
И что, мне два раза теперь все описывать?! Посмотрите предыдущее задание.
Ответ: 1 — _..........._
Задание 5
Раз коснулись, то и гильза, и палочка теперь заряжены отрицательно. А одноименно заряженные тела отталкиваются.
Ответ: 4 — _..........._
Задание 6
Поскольку все тела положительны, то все они будут отталкиваться друг от друга. И тело Б будет отталкивать тело А влево, и тело В — тоже влево.
Ответ: 1 — _.........._
Задание 7
Я надеюсь, вы помните, что заряженная палочка может притягивать незаряженный металлический шарик из-за электризации через влияние и распределения зарядов. То есть палочка будет тянуть шарик вверх.
Ответ: 3 — _.........._
Задание 8
Если сложим заряды, то (с учетом знака) получим 4q, останется поделить на 2.
Ответ: 1 — _.........._
Задание 9
Особенностью такого типа заданий является то, что все утверждения могут быть верными. Но нужно исключить те, которые не подтверждает именно этот эксперимент. Например, мы не можем судить о степени наэлектризованности палочки. Также, мы не можем ничего утверждать, на основании только этого опыта, о перемещении электронов. И даже про равенство зарядов мы не можем утверждать.
Ответ: 13 — _.........._
Задание 10
Диэлектрики электричество не проводят. Попробуем найти его в этом списке методом исключения. Все влажное проводит электричество. Металлы и растворы многих веществ проводят электричество. И даже графит — проводит. Что осталось?
Ответ: 2 — _..........._
Задание 11
И опять применим метод исключения. Резистор — элемент цепи с постоянным сопротивлением. Реостат — с переменным сопротивлением. Электролит — раствор, проводящий электричество.
Ответ: 1 — _.........._
Задание 12
Притягиваться могут не только разноименно заряженные тела. Незаряженное будет тоже притягиваться к любому заряженному телу из-за электризации через влияние и перераспределения зарядов.
Ответ: 4 — _..........._
Задание 13
Мысленно прикоснемся первым шариком ко второму. Заряд на каждом из них станет q/2 . Затем прикоснемся к третьему и заряд опять поделится поровну. Но нас спрашивают про второй шарик, а не про первый или третий.
Ответ: 2 — _.........._
Задание 14
Если бы пластина, не будучи заряженной, потеряла четыре электрона, то ее заряд стал бы равен +4е. Это понятно? Баланс бы сместился в положительную сторону на величину заряда четырех электронов. Но в нашем случае ее заряд стал равен -12е , то есть сейчас на ней 12 лишних электронов. Сколько же было лишних электронов изначально?
Ответ: 4 — _.........._
Задание 15
Сталь — проводник (как графит, другие металлы, растворы). Поэтому отрицательный заряд равномерно распределится между обоими электроскопами.
Ответ: 1 — _.........._
Задание 16
Если листочки еще больше разошлись, то значит они стали еще более отрицательно заряженными. Такое возможно, если заряд перераспределится: положительный заряд поднимется по стержню электроскопа вверх, притягиваясь к палочке, а отрицательный опустится вниз к листочкам. А к какому заряду притянется положительный заряд?
Ответ: 1 — _..........._
Задание 17
Раз на стеклянной пластине образовался положительный заряд, значит какое-то количество электронов перешло с нее на эбонитовую пластину, на которой теперь избыток электронов.
Ответ: 4 — _.........._
***
Оля и Коля, племянники Ильи Ларсена, жили на базе землян вместе со своими родителями. База была свободна от тумана мира Демонов. Люди иногда подходили к ее границе, чтобы пообщаться с демонообразными местными жителями. Несмотря на свой устрашающий вид они были очень обходительны, и казалось, очень боялись обидеть или поставить в неудобное положение собеседника, постоянно повторяя свое приветствие: «Станьте частью нашего мира, пожалуйста». Сверхтактичность местной расы очень умиляла и забавляла землян. Некоторые из них даже специально делали вид, что обижаются, чтобы посмеяться над лицами демонов, полных ужаса от мысли, что они кого-то обидели.
Но однажды пятилетние Коля и Оля, взявшись за руки, вошли в туман и уже из него не вернулись.
Экспедицию по их возвращению возглавил сам Илья Ларсен. Им же было принято решение оградить базу непреодолимым барьером, и отправиться в туман, облачившись в миронепроницаемые скафандры. Он действовал строго по инструкции, составленной на случай опасности или экстренной ситуации, но именно эти действия обрекли экспедицию на неудачу.